Wie groß ist der Temperaturgradient im thermischen Feld?

Das thermische Feld des Einkristallwachstums ist die räumliche Temperaturverteilung innerhalb des Hochtemperaturofens während des Einkristallwachstumsprozesses, die sich direkt auf die Qualität, Wachstumsrate und Kristallbildungsrate des Einkristalls auswirkt. Das thermische Feld kann in stationäre und transiente Typen unterteilt werden. Das stationäre Wärmefeld ist die thermische Umgebung mit einer relativen Temperaturverteilung, während das transiente Wärmefeld die sich ständig ändernde Ofentemperatur aufweist.

Während des Einkristallwachstums findet kontinuierlich eine Phasenumwandlung (flüssige Phase in feste Phase) statt, wodurch latente Erstarrungswärme freigesetzt wird. Gleichzeitig sinkt die Schmelzoberfläche kontinuierlich, da der Kristall immer länger gezogen wird und sich die Wärmeleitung, Strahlung und andere Bedingungen ändern. Daher ist das thermische Feld variabel, was als dynamisches thermisches Feld bezeichnet wird.

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Die Fest-Flüssig-Grenzfläche

Zu einem bestimmten Zeitpunkt hat jeder Punkt im Ofen eine bestimmte Temperatur. Wenn wir alle Punkte im Temperaturfeld mit der gleichen Temperatur verbinden, erhält man eine räumliche Oberfläche. Auf dieser Raumfläche ist die Temperatur überall gleich, wir nennen sie eine isotherme Fläche. In der Familie der isothermen Oberflächen im Einkristallofen gibt es eine ganz besondere isotherme Oberfläche, die als Grenze zwischen der festen Phase und der flüssigen Phase dient und daher auch als Fest-Flüssigkeits-Grenzfläche bezeichnet wird. Aus dieser Fest-Flüssigkeits-Grenzfläche wachsen Kristalle.

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Der Temperaturgradient

Der Temperaturgradient bezieht sich auf die Temperaturänderungsrate von der Temperatur eines Punktes A im Wärmefeld zur Temperatur eines benachbarten Punktes B um ihn herum, d. h. die Temperaturänderungsrate pro Distanzeinheit.

Beim Wachstum von monokristallinem Silizium gibt es im thermischen Feld zwei Formen (fest und schmelzend) und damit zwei Arten von Temperaturgradienten:

1. Längser Temperaturgradient und radialer Temperaturgradient im Kristall.

2. Temperaturgradient in Längsrichtung und Temperaturgradient in Radialrichtung in der Schmelze.

Dabei handelt es sich um zwei völlig unterschiedliche Temperaturverteilungen, der Temperaturgradient an der Fest-Flüssigkeits-Grenzfläche hat jedoch den größten Einfluss auf den Kristallisationszustand. Der radiale Temperaturgradient des Kristalls wird durch die Längs- und Querwärmeleitung des Kristalls, die Oberflächenstrahlung und seine Position im Wärmefeld bestimmt. Im Allgemeinen ist die Temperatur in der Mitte höher und am Rand des Kristalls niedriger. Der radiale Temperaturgradient der Schmelze wird hauptsächlich durch die Heizgeräte rund um den Tiegel bestimmt, sodass die Temperatur in der Mitte niedriger und in der Nähe des Tiegels höher ist und der radiale Temperaturgradient immer einen positiven Wert hat.

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Anforderungen für eine ordnungsgemäße Temperaturverteilung im Wärmefeld

1. Der Längstemperaturgradient im Kristall sollte ausreichend groß, aber nicht übermäßig groß sein, um sicherzustellen, dass der Kristall während des Wachstums über eine ausreichende Wärmeableitungskapazität verfügt, um die latente Kristallwärme abzuführen.

2. Der Längstemperaturgradient in der Schmelze sollte relativ groß sein, um die Bildung neuer Kristallkeime in der Schmelze zu verhindern; Ein zu großer Gradient führt jedoch wahrscheinlich zu Versetzungen und zum Bruch des Kristalls.

3. Der Temperaturgradient in Längsrichtung an der Kristallisationsgrenzfläche sollte ausreichend groß sein, um den erforderlichen Unterkühlungsgrad zu erreichen und eine ausreichende Antriebskraft für das Einkristallwachstum bereitzustellen. Es sollte nicht zu groß sein, da es sonst zu strukturellen Mängeln kommt. Gleichzeitig sollte der radiale Temperaturgradient so gering wie möglich sein, damit die Kristallisationsgrenzfläche tendenziell flach ist.

Die Konfiguration und Komponentenauswahl des Wärmefeldsystems bestimmen maßgeblich die Variation des Temperaturgradienten im Inneren des Hochtemperaturofens. Semicorex liefert hochwertige ProdukteC/C-Verbundheizgeräte, Führungsrohre aus C/C-Verbundwerkstoff, C/C-Verbundtiegels undC/C-Verbund-WärmedämmzylinderWir helfen unseren geschätzten Kunden beim Aufbau eines leistungsstarken und stabil betriebenen Einkristall-Wärmefeldsystems, um eine optimale Kristallwachstumsqualität und Produktionseffizienz zu erreichen.